Công nghệ sinh sản hiện đại trong chăn nuôi gia súc

Bởi Zabrina J. Bugnosen

Ngày 1 tháng 3 năm 2023

Thách thức trong việc cung cấp lương thực cho dân số ngày càng tăng của thế giới trở nên rõ ràng hơn khi nó tăng lên hàng năm, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và mối đe dọa từ dịch bệnh Covid-19. Tình trạng mất an ninh lương thực nhấn mạnh tầm quan trọng của nông nghiệp. Không thể phủ nhận mức độ thế giới dựa vào lĩnh vực này để cung cấp các loại cây trồng chủ yếu, thịt và các sản phẩm nông nghiệp khác để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng và chất dinh dưỡng cần thiết. Một báo cáo do Khoa Khoa học Động vật của Đại học Bang Iowa công bố giải thích tầm quan trọng của việc sử dụng các công nghệ sinh sản, đặc biệt là đối với vật nuôi, để đạt được an ninh lương thực toàn cầu.

Tại sao chăn nuôi?

Chăn nuôi là một trong những nguồn thực phẩm quan trọng. Động vật chăn nuôi cũng có thể dùng làm phương tiện vận chuyển và nguồn quần áo. Một số cũng mang lại sự đồng hành với con người và là một phần của các hoạt động văn hóa và tôn giáo. Ở khu vực nông thôn, chăn nuôi có thể là tài sản tài chính góp phần ổn định kinh tế của một gia đình.

Nhiều nhà khoa học trên thế giới đã tập trung nghiên cứu về vật nuôi. Sử dụng các kỹ thuật dựa trên cơ sở khoa học, họ đã thành công trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất thực phẩm có nguồn gốc từ động vật. Họ đã phát triển các giống gia súc có những đặc điểm mong muốn, chẳng hạn như thịt nạc hơn và tăng sản lượng sữa. Theo thời gian, các chương trình nhân giống của họ trở nên tiên tiến hơn, đặc biệt là khi công nghệ sinh sản vật nuôi trở nên phổ biến.

Giống gia súc tốt hơn và môi trường sạch hơn

Thụ tinh nhân tạo (AI) và chuyển phôi (ET) là hai công nghệ sinh sản giúp tăng cường cải thiện di truyền của giống vật nuôi. Khi so sánh với các chương trình nhân giống thông thường, việc sử dụng AI cho phép một con đực vượt trội về mặt di truyền tạo ra một số lượng lớn con cái có năng suất cao và sử dụng ET cho phép một con cái vượt trội về mặt di truyền làm điều tương tự hiệu quả hơn.

AI đã được áp dụng rộng rãi trong ngành chăn nuôi bò sữa của Hoa Kỳ vào năm 1965 và ET vào năm 2000. Từ năm 1965 đến năm 2021, người ta ghi nhận rằng nguồn cung cấp sữa quốc gia đã tăng 74%, tuy nhiên số lượng bò sữa trong nước vẫn cần lượng sữa lớn như vậy sản lượng giảm 37%. Điều đó hàm ý năng suất của mỗi con bò tăng trung bình 295%. Ngoài việc cải tiến gen cho động vật, các công nghệ sinh sản hiện đại còn góp phần vào sự bền vững của ngành chăn nuôi gia súc bằng cách giảm lượng khí thải carbon. Có tài liệu cho thấy lượng khí thải carbon năm 2007 của ngành chỉ bằng 37% lượng khí thải carbon năm 1944. Trên mỗi lít sữa được sản xuất, ngành chăn nuôi gia súc của Hoa Kỳ năm 2007 chỉ sử dụng 10% đất đai, 21% số động vật, 23% thức ăn chăn nuôi và 35% lượng nước so với ngành công nghiệp năm 1944. Những số liệu này chứng minh lợi ích của công nghệ sinh sản hiện đại đối với ngành chăn nuôi và môi trường.

Xác định giới tính bê con trước khi thụ thai

Xác định giới tính tinh trùng là một công nghệ sinh sản khác hỗ trợ AI. Nó dẫn đến sự phân tách vật lý của tinh trùng mang nhiễm sắc thể Y (sinh ra con đực) khỏi tinh trùng mang nhiễm sắc thể X (sinh ra con cái). Sử dụng tế bào tinh trùng đã xác định giới tính cho AI xác định trước giới tính của động vật sơ sinh với độ chính xác cao (85-95%). Công nghệ này có thể giúp người chăn nuôi bò thịt sản xuất được nhiều con đực hơn để sản xuất thịt và người chăn nuôi bò sữa có nhiều con cái hơn để sản xuất sữa.

Một cách sử dụng khác của việc xác định giới tính tinh trùng là một phương pháp được gọi là “thịt bò và sữa”. Nó liên quan đến những con cái có năng suất sữa cao nhất trong một đàn trải qua AI sử dụng tinh dịch từ một giống bò sữa có khoảng 90% tế bào tinh trùng mang nhiễm sắc thể X. Điều này sẽ dẫn đến những con bê cái sẽ tham gia vào đàn chăn nuôi bò sữa khi trưởng thành. Phần còn lại của đàn bò sữa ban đầu cũng sẽ trải qua AI, nhưng lần này sử dụng tinh dịch mang khoảng 85% tế bào tinh trùng nhiễm sắc thể Y từ một giống bò đực có đặc tính thịt chất lượng cao. Phương pháp tiếp cận “bò sữa” cho phép những con cái cho sữa hàng đầu tạo ra những con bê cái có tiềm năng di truyền cao để sản xuất sữa và những con cái cho sữa dưới mức trung bình tạo ra những con bê đực có tiềm năng di truyền cao hơn để sản xuất thịt.

Sản xuất phôi trong và ngoài bò

Sản xuất phôi bằng phương pháp in vitro là một công nghệ sinh sản hiện đại khác được sử dụng trong chăn nuôi. Sử dụng công nghệ này, phôi được tạo ra trong môi trường phòng thí nghiệm. Nó bắt đầu bằng việc thu hoạch trứng chưa trưởng thành của một con bò cái vượt trội về mặt di truyền. Trứng được giữ và trưởng thành trong phòng thí nghiệm cho đến khi sẵn sàng để thụ tinh. Trứng sau khi được thụ tinh sẽ được đưa vào lồng ấp. Phôi cũng có thể được tạo ra bên trong một con bò còn sống và phương pháp này được gọi là in vivo . Bò cái ưu tú về mặt di truyền được hiến tặng sẽ nhận được các mũi tiêm tăng cường giúp nâng cao mức độ hormone kích thích nang trứng của chúng, dẫn đến việc sản xuất nhiều phôi. Phôi được tạo ra thông qua cả phương pháp in vitro và in vivo đều được sử dụng cho ET.

Sàng lọc gen - gen nào có lợi?

Xét nghiệm di truyền là phương pháp cho phép các nhà nghiên cứu kiểm tra cấu trúc di truyền của động vật để xác định các đoạn DNA có đa hình nucleotide đơn (SNP). SNP là những đoạn DNA ngắn trong đó chỉ có một nucleotide khác nhau giữa các loài động vật. Thông tin di truyền thu được từ một nhóm SNP có thể được sử dụng để tính toán giá trị nhân giống ước tính được nâng cao về mặt di truyền và thông tin này giúp các nhà lai tạo chọn lọc những động vật có tiềm năng năng suất cao hơn như những con vật hiến tặng ET và bò đực AI. Xét nghiệm di truyền cũng giúp xác định các gen lặn có thể ảnh hưởng đến khả năng sinh sản và sức khỏe tổng thể của động vật.

Tạo ra các đặc điểm tự nhiên để mang lại phúc lợi và năng suất động vật tốt hơn

Chỉnh sửa bộ gen đang trở nên phổ biến trong nhân giống thực vật và động vật vì những thay đổi di truyền chính xác mà nó có thể thực hiện được. Đó cũng là cách phát triển động vật nhanh hơn với sự kết hợp di truyền mong muốn hơn so với chăn nuôi thông thường. Công nghệ này tạo ra sự thay đổi có chủ ý và có kiểm soát ở trứng được thụ tinh bằng cách sử dụng một gen xuất hiện tự nhiên bởi một hệ thống enzyme cụ thể xuất hiện tự nhiên. Ví dụ về các công cụ chỉnh sửa bộ gen được nhóm lại thường xuyên với các lặp lại palindromic ngắn xen kẽ (CRISPR), các hạt nhân tác động giống như chất kích hoạt phiên mã (TALEN) và các hạt nhân ngón tay kẽm (ZFN).

Trong vài năm qua, các nhà nghiên cứu đã phát triển giống bò được chỉnh sửa gen với những đặc điểm giúp tăng cường sức khỏe, phúc lợi động vật và năng suất tốt hơn. Chúng bao gồm gia súc sinh ra không có sừng, gia súc có khối lượng cơ tăng lên để có thịt ngon hơn và gia súc chịu được nhiệt độ ấm hơn tốt hơn.

Một số nông dân thực hành khử sừng gia súc bằng cách đốt gốc sừng khi chúng còn non. Điều này được thực hiện để bảo vệ những con bò khác trên đồng ruộng và cả những người nông dân. Tuy nhiên, nó khá đau đớn cho con vật. Việc thay đổi gen chịu trách nhiệm về sừng cho phép bê sinh ra có sừng. Nó cung cấp một cách nhân đạo hơn để loại bỏ sừng hơn là khử sừng. Việc thay đổi gen SLICK của bò thông qua chỉnh sửa bộ gen là một ví dụ khác về việc cải thiện phúc lợi và năng suất của nguồn sữa. Điều này giúp bò cảm thấy thoải mái hơn ở nhiệt độ cao. Vì vậy, nó vẫn duy trì được năng suất sữa. Đối với sữa bò, những con bò được chỉnh sửa bộ gen dành riêng cho sản xuất thịt được phát triển bằng cách thay đổi gen myostatin của nó. Nó làm tăng khối lượng cơ bắp của động vật để đạt được sản lượng thịt với tốc độ nhanh hơn.

Người chăn nuôi gia súc là người quản lý môi trường

Theo báo cáo , các công nghệ được đề cập ở trên thể hiện các phương pháp sản xuất chăn nuôi thông minh với khí hậu, mang lại cho nông dân cơ hội trở thành người quản lý tốt tài nguyên thiên nhiên. Chúng cho phép nông dân đáp ứng các yêu cầu về lương thực và dinh dưỡng của người dân mà không cần phải sử dụng quá nhiều nguồn lực để duy trì đàn gia súc của mình. An ninh lương thực thông qua nông nghiệp bền vững trong môi trường sạch có thể đạt được nhờ những người quản lý nông dân có trách nhiệm, tiến bộ khoa học công nghệ, cân nhắc kỹ lưỡng về mặt đạo đức và sự hỗ trợ đầy đủ của các xã hội trên toàn cầu.

Tải xuống bản sao báo cáo miễn phí của Đại học bang Iowa để biết thêm về công nghệ sinh sản vật nuôi ở Hoa Kỳ. Để tìm hiểu về lợi ích của công nghệ sinh học động vật trong chăn nuôi, hãy đọc các bài viết về các cơ hội toàn cầu của nó và những cơ hội cụ thể đối với Philippines trên Science Speaks hoặc xem toàn bộ tập hội thảo trực tuyến trên trang web ISAAA.org .

Võ Văn Sự dịch từ: Zabrina J. Bugnosen March 1, 2023. Modern Reproductive Technologies for Cattle Breeding. https://www.isaaa.org/blog/entry/default.asp?BlogDate=3/1/2023